DE112015000245T5 - Semiconductor module - Google Patents

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capacitor
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Tadahiko SATO
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Es wird ein Halbleitermodul mit einer rauschunterdrückenden Wirkung, die durch Minimieren einer Rauschstromschleife verstärkt wird, bereitgestellt. Ein Halbleitermodul (2) umfasst: einen Schaltungsblock einschließlich ein isolierendes Al-Substrat (41), auf einer Oberfläche des isolierenden Al-Substrats gebildete Schaltkreisstrukturen (42, 42a) und Leistungshalbleiterchips (43, 44); und einen Wärmespreizer (47), der auf der anderen Seite des isolierenden Al-Substrats (41) gebildet ist. Die Schaltkreisstrukturen (42), an die das Maximalpotential und das Minimalpotential im Schaltungsblock angelegt werden, sind elektrisch mit dem Wärmespreizer (47) über Kondensatoren (45, 46) und einen Pin (50), die durch eine Schaltkreisstruktur (42a) angeordnet sind, und das isolierende Al-Substrat (41) verbunden. Daher fließt ein durch eine Potentialänderung in den Schaltkreisstrukturen im Schaltungsblock und parasitäre Kapazitäten zwischen den Strukturen und dem Wärmespreizer verursachter Rauschstrom durch eine minimale Stromrauschschleife einschließlich den Kondensatoren (45, 46) und den Pin (50).There is provided a semiconductor module having a noise suppressing effect which is amplified by minimizing a noise current loop. A semiconductor module (2) comprises: a circuit block including an Al insulating substrate (41), circuit patterns (42, 42a) formed on a surface of the Al insulating substrate, and power semiconductor chips (43, 44); and a heat spreader (47) formed on the other side of the insulating Al substrate (41). The circuit structures (42) to which the maximum potential and the minimum potential are applied in the circuit block are electrically connected to the heat spreader (47) via capacitors (45, 46) and a pin (50) arranged through a circuit structure (42a). and the insulating Al substrate (41). Therefore, a noise current caused by a potential change in the circuit patterns in the circuit block and parasitic capacitances between the structures and the heat spreader flows through a minimum current noise loop including the capacitors (45, 46) and the pin (50).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitermodul und insbesondere ein Halbleitermodul (Leistungsmodul), das für eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Stromrichter zum Treiben eines Motors, einen DC-DC-Wandler und dergleichen verwendet wird.The present invention relates to a semiconductor module, and more particularly, to a semiconductor module (power module) used for a power conversion device such as a power converter for driving a motor, a DC-DC converter, and the like.

Stand der TechnikState of the art

Bei einem für eine Leistungsumwandlungsvorrichtung verwendeten Halbleitermodul wird eine Vielzahl von Leistungshalbleiterchips zur Leistungsumwandlung in einem Gehäuse integriert und eine für eine gewünschte Anwendung geeignete Verdrahtung des Schaltkreises wird im Gehäuse gebildet, was zur Reduzierung der Gesamtgröße der Anwendungsvorrichtung beträgt. Als Halbleitermodul ist ein IPM („Intelligent Power Module”, intelligentes Leistungsmodul) bekannt, das ferner einen Treiber zum Treiben von Leistungshalbleitervorrichtungen und einen Steuer-IC, der eine Funktion zum Detektieren von und Schützen vor Fehlern, wie zum Beispiel Überstrom und dergleichen (siehe beispielsweise PTL 1), aufweist. PTL 1 offenbart eine beispielhafte Konfiguration eines in einem Halbleitermoduls, das in einem Wechselrichter enthalten ist, der einen drei-Phasen-AC-Motor treibt.In a semiconductor module used for a power conversion device, a plurality of power semiconductor chips for power conversion are integrated in a package, and a wiring of the circuit suitable for a desired application is formed in the package, thereby reducing the overall size of the application device. As the semiconductor module, there is known an Intelligent Power Module (IPM), which further includes a driver for driving power semiconductor devices and a control IC having a function of detecting and protecting against errors such as overcurrent and the like (see for example PTL 1). PTL 1 discloses an exemplary configuration of one in a semiconductor module included in an inverter driving a three-phase AC motor.

12 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel eines Wechselrichters, der ein herkömmliches Halbleitermodul verwendet, illustriert; 13 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Konfiguration des herkömmlichen Halbleitermoduls illustriert. 14 ist eine Schnittansicht, die die beispielhafte Konfiguration des herkömmlichen Halbleitermoduls illustriert. 15 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel illustriert, wie das herkömmliche Halbleitermoduls angeschlossen ist. 12 Fig. 12 is a circuit diagram illustrating an example of an inverter using a conventional semiconductor module; 13 FIG. 10 is a plan view illustrating an exemplary configuration of the conventional semiconductor module. FIG. 14 FIG. 12 is a sectional view illustrating the exemplary configuration of the conventional semiconductor module. FIG. 15 FIG. 11 is a sectional view illustrating an example of how the conventional semiconductor module is connected. FIG.

Wie in 12 dargestellt umfasst ein konventionelles Halbleitermodul 100 drei obere und untere Armteile, wodurch ein drei-Phasen-Wechselrichter-Schaltkreis gebildet wird. Das Halbleitermodul 100 verwendet IGBTs („Insulated Gate Bipolar Transistors”, Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode) und FWDs („Free Wheeling Diodes”, Freilaufdioden) als Leistungshalbleitervorrichtungen.As in 12 illustrated comprises a conventional semiconductor module 100 three upper and lower arm parts, thereby forming a three-phase inverter circuit. The semiconductor module 100 uses IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and FWDs (Free Wheeling Diodes) as power semiconductor devices.

Beim Halbleitermodul 100 wird ein erster oberer und unterer Armteil durch Verbinden einer antiparallel mit IGBT 101 verbundenen FWD 102 in Reihe mit einer antiparallel mit IGBT 103 verbundenen FWD 104 gebildet. Ein zweiter oberer und unterer Armteil wird durch Verbinden einer antiparallel mit IGBT 105 verbundenen FWD 106 in Reihe mit einer antiparallel mit IGBT 107 verbundenen FWD 108 gebildet. Ein zweiter oberer und unterer Armteil wird durch Verbinden einer antiparallel mit IGBT 109 verbundenen FWD 110 in Serie mit einer antiparallel mit IGBT 111 verbundenen FWD 112 gebildet. Kollektor-Anschlussklemmen der IGBTs 101, 105 und 109 der ersten bis dritten oberen und unteren Armteile sind mit einer positiven Anschlussklemme P eines Netzteils verbunden und Emitter-Anschlussklemmen der IGBTs 103, 107 und 111 der ersten bis dritten oberen und unteren Armteile sind mit einer negativen Anschlussklemme N eines Netzgeräts verbunden. Mittelpunkte der ersten bis dritten oberen und unteren Armteile sind jeweils mit Strom-Hauptanschlussklemmen U, V und W verbunden. Die Strom-Hauptanschlussklemmen U, V und W sind mit Eingangs-Anschlussklemmen von entsprechenden Phasen eines Motors 120 verbunden. Man beachte, dass in diesem Schaltkreisdiagramm Steuer-ICs, die die IGBTs 101 und 103, die IGBTs 105 und 107 und die IGBTs 109 und 111 steuern, weggelassen wurden.In the semiconductor module 100 becomes a first upper and lower arm part by connecting an antiparallel with IGBT 101 affiliated FWD 102 in series with an antiparallel with IGBT 103 affiliated FWD 104 educated. A second upper and lower arm section is made by connecting an antiparallel to IGBT 105 affiliated FWD 106 in series with an antiparallel with IGBT 107 affiliated FWD 108 educated. A second upper and lower arm section is made by connecting an antiparallel to IGBT 109 affiliated FWD 110 in series with an antiparallel with IGBT 111 affiliated FWD 112 educated. Collector terminals of the IGBTs 101 . 105 and 109 the first to third upper and lower arm parts are connected to a positive terminal P of a power supply and emitter terminals of the IGBTs 103 . 107 and 111 the first to third upper and lower arm parts are connected to a negative terminal N of a power supply. Centers of the first to third upper and lower arm portions are connected to power main terminals U, V, and W, respectively. The main power terminals U, V and W are with input terminals of corresponding phases of a motor 120 connected. Note that in this circuit diagram control ICs containing the IGBTs 101 and 103 , the IGBTs 105 and 107 and the IGBTs 109 and 111 control, were omitted.

Bei diesem Halbleitermodul 100 sind zwei Kondensatoren 131 und 132 in Serie zwischen der positiven Anschlussklemme P des Netzteils und der negativen Anschlussklemme N des Netzteils verbunden und ein gemeinsamer Anschlusspunkt der Kondensatoren 131 und 132 ist mit einem Gehäuse des Wechselrichters und somit mit Masse verbunden.In this semiconductor module 100 are two capacitors 131 and 132 connected in series between the positive terminal P of the power supply and the negative terminal N of the power supply and a common connection point of the capacitors 131 and 132 is connected to a housing of the inverter and thus to ground.

Hinsichtlich der Konfiguration des Halbleitermoduls 100 sind wie in 13 und 14 dargestellt sechs Schaltkreisstrukturen 141 auf einem isolierenden Al-(Aluminium)Substrat 140 gebildet und ein IGBT-Chip 142 und ein FWD-Chip 143 sind auf jeder der Schaltkreisstrukturen 141 angeordnet. Ein das isolierende Al-Substrat 140, die Schaltkreisstrukturen 141, die IGBT-Chips 142 und die FWD-Chips 143 umfassender Schaltungsblock ist mit einer unteren Oberfläche eines Anschlussgehäuses 150 verbunden, so dass eine mittige Öffnung davon bedeckt ist. Steuer-ICs 152 sind an Leiter-Anschlussklemmen (Leiterrahmen) 151 angeordnet, die nach dem Gießen des Anschlussgehäuses 150 eingelegt werden. In diesem Zustand erzeugt ein Bonddraht 153 eine elektrische Verbindung zwischen einer Leiter-Anschlussklemme 151a und dem Steuer-IC 152 und zwischen dem Steuer-IC 152 und dem IGBT-Chip 142. Ferner erzeugt ein Bonddraht 154 eine elektrische Verbindung zwischen dem IGBT-Chip 142 und dem FWD-Chip 143 und zwischen dem FWD-Chip 143 und einer Leiter-Anschlussklemme 151b. Ferner wird wie in 13 und 14 dargestellt eine elektrische Verbindung zwischen den Schaltkreisstrukturen 141 und der Leiter-Anschlussklemme 151b und zwischen dem Steuer-IC 152 und einer Sense-Emitter-Anschlussklemme des IGBT-Chips 142 hergestellt. Anschließend wird das Anschlussgehäuse 150 mit Harz 160 aufgefüllt, so dass der Schaltungsblock, die Steuer-ICs 152 und die Bonddrähte 153 und 154 mit Harz versiegelt werden.Regarding the configuration of the semiconductor module 100 are like in 13 and 14 illustrated six circuit structures 141 on an insulating Al (aluminum) substrate 140 formed and an IGBT chip 142 and a FWD chip 143 are on each of the circuit structures 141 arranged. An insulating Al substrate 140 , the circuit structures 141 , the IGBT chips 142 and the FWD chips 143 comprehensive circuit block is with a bottom surface of a connector housing 150 connected so that a central opening is covered by it. Control ICs 152 are at conductor terminals (lead frame) 151 arranged after casting the terminal box 150 be inserted. In this condition creates a bonding wire 153 an electrical connection between a conductor terminal 151a and the control IC 152 and between the control IC 152 and the IGBT chip 142 , Furthermore, a bonding wire is generated 154 an electrical connection between the IGBT chip 142 and the FWD chip 143 and between the FWD chip 143 and a conductor terminal 151b , Further, as in 13 and 14 illustrated an electrical connection between the circuit structures 141 and the conductor terminal 151b and between the control IC 152 and a sense emitter terminal of the IGBT chip 142 produced. Subsequently, the connection housing 150 with resin 160 padded, so that the circuit block, the control ICs 152 and the bonding wires 153 and 154 sealed with resin.

Ein Wärmespreizer 113 wird mit einer Oberfläche des isolierenden Al-Substrats 140 verbunden, die einer Oberfläche des isolierenden Al-Substrats 140 gegenüberliegt, an der die Schaltkreisstrukturen 141 gebildet werden. Der Wärmespreizer 113 dient zum Ableiten von durch die IGBT-Chips 142 und die FWD-Chips 143 erzeugen Wärme nach außen. A heat spreader 113 becomes with a surface of the insulating Al substrate 140 connected to one surface of the insulating Al substrate 140 opposite to where the circuit structures 141 be formed. The heat spreader 113 is used to derive from through the IGBT chips 142 and the FWD chips 143 generate heat to the outside.

Wie zum Beispiel in 15 dargestellt, ist das Halbleitermodul 100 mit einem Kühlkörper 170 verbunden. Insbesondere ist das Halbleitermodul 100 so angeordnet, dass der Wärmespreizer 113 über eine Wärmeleitpaste 170 in Kontakt mit dem Kühlkörper 170 ist. Außerdem ist das Halbleitermodul 100 auf einer gedruckten Schaltung 180 angeordnet, auf der die Kondensatoren 131 und 132 angeordnet sind. Die gedruckte Schaltung 180 ist durch eine Schraube 190 mit dem Kühlkörper 170 befestigt. Die Schraube 190 verbindet eine Schaltkreisstruktur 181, die gemeinsam mit den Kondensatoren 131 und 132 verbunden ist, elektrisch mit dem Kühlkörper 170. Entsprechend ist der gemeinsame Verbindungspunkt der Kondensatoren 131 und 132 mit dem Kühlkörper 170 oder einem Gehäuse, das ebenfalls als Kühlkörper 170 dient, und somit mit Masse verbunden.Like in 15 shown, is the semiconductor module 100 with a heat sink 170 connected. In particular, the semiconductor module 100 arranged so that the heat spreader 113 over a thermal grease 170 in contact with the heat sink 170 is. In addition, the semiconductor module 100 on a printed circuit 180 arranged on the the capacitors 131 and 132 are arranged. The printed circuit 180 is through a screw 190 with the heat sink 170 attached. The screw 190 connects a circuit structure 181 that work together with the capacitors 131 and 132 is connected, electrically to the heat sink 170 , Accordingly, the common connection point of the capacitors 131 and 132 with the heat sink 170 or a housing that also serves as a heat sink 170 serves, and thus connected to ground.

Bei der oben beschriebenen Konfiguration erbringen die Steuer-ICs 152 eine Schaltungssteuerung der IGBTs 101 und 103, der IGBTs 105 und 107 und der IGBTs 109 und 111 zu beliebigen Zeitpunkten, wodurch sie es ermöglichen, den Motor 120 anzusteuern, mit einer gewünschten Geschwindigkeit zu drehen. Rauschen, das durch die Schaltungssteuerung erzeugt wird, wird durch die Kondensatoren 131 und 132 umgeleitet und mit Masse verbunden, so dass es verringert wird. Diese Masse wird im Folgenden als Gehäusemasse bezeichnet.In the configuration described above, the control ICs provide 152 a circuit control of the IGBTs 101 and 103 , the IGBTs 105 and 107 and the IGBTs 109 and 111 at any time, thereby enabling the engine 120 to turn, to turn at a desired speed. Noise generated by the circuit control is provided by the capacitors 131 and 132 diverted and connected to ground so that it is reduced. This mass is referred to below as housing ground.

Bei dem oben beschriebenen Beispiel umfasst das Halbleitermodul 100 IGBTs als Leistungshalbleitervorrichtungen. Selbst in dem Fall jedoch, dass Leistungstransistoren oder MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) als Leistungshalbleitervorrichtungen verwendet werden, ist es möglich ein Halbleitermodul zu bilden, wie in dem Fall, dass IGBTs verwendet werden.In the example described above, the semiconductor module comprises 100 IGBTs as power semiconductor devices. However, even in the case where power transistors or MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are used as power semiconductor devices, it is possible to form a semiconductor module as in the case that IGBTs are used.

ZitationslisteCITATION

Patentliteraturpatent literature

  • PTL 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2013-258321 PTL 1: Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2013-258321

Kurzfassung der ErfindungSummary of the invention

Technische AufgabeTechnical task

Bei einem herkömmlichen Halbleitermodul wird Rauschen, das durch Schaltungssteuerung einer Leistungshalbleitervorrichtung erzeugt wird, durch einen externen Kondensator umgeleitet und mit Masse verbunden, um reduziert zu werden. Außerdem wird bei dem herkömmlichen Halbleitermodul ein Wärmespreizer elektrisch von einem Schaltungsblock durch ein isolierendes Al-Substrat hinsichtlich direkter Ströme isoliert. Bei dem herkömmlichen Halbleitermodul ist jedoch eine Schaltkreisstruktur kapazitiv mit dem Wärmespreizer gekoppelt (durch parasitäre Kapazitäten 114 in 12) über das isolierende Al-Substrat. Daher, falls sich das Potential der Schaltkreisstruktur ändert, dann ändert sich auch das Potential des Wärmespreizers aufgrund der kapazitiven Kopplung, so dass Strahlungsrauschen zunimmt. Andererseits, in dem Fall, dass der Wärmespreizer und das Gehäuse elektrisch verbunden sind, wird ein Rauschstrom aufgrund der Potentialänderung im Wärmespreizer über das Gehäuse ins Modul zurückgeleitet. Falls jedoch eine isolierende Wärmeleitpaste zwischen dem Wärmespreizer und dem Gehäuse verwendet wird, kann eine kapazitive Kopplung (eine parasitäre Kapazität 115 in 12) zwischen dem Wärmespreizer und dem Gehäuse auftreten oder es kann einige Punkte des direkten elektrischen Kontakts geben, in Abhängigkeit des Weise des Andrückens des Moduls und der Ebenheit der Wärmeabfuhroberfläche. Daher variieren die elektrischen Kontaktpunkte zwischen dem Wärmespreizer und dem Gehäuse, was eine wahrscheinliche Ursache für individuelle Unterschiede in den Rauscheigenschaften ist. Ferner erhöht sich die Größe des Schaltkreis-Substrats, auf dem das Halbleitermodul angeordnet ist, im Fall, dass der Kondensator, der einen Rauschstrom umleitet, von außen an das Halbleitermodul angeschlossen ist. Zusätzlich wird wie durch die in 12 dargestellten gestrichelten Pfeile die Rauschstromschleife vergrößert, so dass die Wirkung der Rauschreduktion verringert wird.In a conventional semiconductor module, noise generated by circuit control of a power semiconductor device is bypassed by an external capacitor and connected to ground to be reduced. In addition, in the conventional semiconductor module, a heat spreader is electrically isolated from a circuit block by an insulating Al substrate with respect to direct currents. However, in the conventional semiconductor module, a circuit structure is capacitively coupled to the heat spreader (by parasitic capacitances 114 in 12 ) over the insulating Al substrate. Therefore, if the potential of the circuit structure changes, then the potential of the heat spreader also changes due to the capacitive coupling, so that radiation noise increases. On the other hand, in the case that the heat spreader and the housing are electrically connected, a noise current due to the potential change in the heat spreader is returned via the housing into the module. However, if an insulating thermal grease is used between the heat spreader and the housing, a capacitive coupling (a parasitic capacitance 115 in 12 ) may occur between the heat spreader and the housing, or there may be some points of direct electrical contact, depending on the manner of pressing the module and the flatness of the heat dissipation surface. Therefore, the electrical contact points between the heat spreader and the housing vary, which is a likely cause of individual differences in noise properties. Further, the size of the circuit substrate on which the semiconductor module is disposed increases in the case that the capacitor which bypasses a noise current is externally connected to the semiconductor module. Additionally, as indicated by the in 12 shown dashed arrows increases the noise current loop, so that the effect of the noise reduction is reduced.

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme gemacht und zielt darauf ab, ein Halbleitermodul bereitzustellen, das eine rauschreduzierende Wirkung hat, die durch Minimieren einer Rauschstromschleife verstärkt wird.The present invention has been made in view of the problems described above and aims to provide a semiconductor module having a noise reducing effect that is enhanced by minimizing a noise current loop.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Lösen der oben genannten Aufgabe ein Halbleitermodul bereitgestellt, das umfasst: einen Schaltungsblock einschließlich eine elektrisch isolierende Schicht, eine Vielzahl von Schaltkreisstrukturen, die auf einer leitfähigen Platine oder Folie auf einer Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht gebildet sind, und Leistungshalbleiter, die auf den Schaltkreisstrukturen angeordnet sind; und einen Wärmespreizer, der aus einer leitfähigen Platine auf einer weiteren Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht gebildet ist. Bei diesem Halbleitermodul ist mindestens eine der Schaltkreisstrukturen über die elektrisch isolierende Schicht durch einen Kondensator elektrisch mit dem Wärmespreizer verbunden.According to the present invention, in order to achieve the above object, there is provided a semiconductor module comprising: a circuit block including an electrically insulating layer, a plurality of circuit patterns; formed on a conductive board or film on a surface of the electrically insulating layer, and power semiconductors disposed on the circuit patterns; and a heat spreader formed of a conductive board on another surface of the electrically insulating layer. In this semiconductor module, at least one of the circuit patterns is electrically connected to the heat spreader through the electrically insulating layer through a capacitor.

Gemäß diesem Halbleitermodul, da der Kondensator derart angeordnet ist, dass die Schaltkreisstruktur und der Wärmespreizer elektrisch durch die elektrisch isolierende Schicht verbunden sind, wird die Rauschstromschleife minimiert.According to this semiconductor module, since the capacitor is arranged such that the circuit structure and the heat spreader are electrically connected through the electrically insulating layer, the noise current loop is minimized.

Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention

Das Halbleitermodul mit der oben beschriebenen Konfiguration ist vorteilhaft im Minimieren der Rauschstromschleife, da es möglich wird, den Effekt der Rauschreduktion zu verstärken. Außerdem, da das Halbleitermodul selbst eine rauschreduzierende Wirkung hat, ist es leicht möglich, die Größe des Wechselrichters zu reduzieren und den Rauschpegel ohne Hinzufügen oder Ändern eines Vorgangs während der Herstellung zu reduzieren.The semiconductor module having the above-described configuration is advantageous in minimizing the noise current loop since it becomes possible to enhance the effect of noise reduction. In addition, since the semiconductor module itself has a noise reducing effect, it is easily possible to reduce the size of the inverter and reduce the noise level without adding or changing a process during manufacturing.

Der oben beschriebene Gegenstand sowie weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung erkennbar, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft illustrieren, herangezogen wird.The above-described subject matter and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description when taken in conjunction with the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention by way of example.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel eines Wechselrichters, der ein erfindungsgemäßes Halbleitermodul verwendet, illustriert. 1 FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example of an inverter using a semiconductor module according to the present invention. FIG.

2 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform illustriert. 2 FIG. 10 is a plan view illustrating an exemplary configuration of a semiconductor module according to a first embodiment. FIG.

3 zeigt eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile A-A in 2. 3 shows a sectional view in the direction of arrows AA in 2 ,

4 illustriert eine beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei (A) eine Draufsicht des Halbleitermoduls ist; und (B) ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils B in (A). 4 Fig. 11 illustrates an exemplary configuration of a semiconductor module according to a second embodiment, wherein (A) is a plan view of the semiconductor module; and (B) is an enlarged sectional view of a part B in (A).

5 illustriert Abwandlungen der Mittel zum elektrischen Verbinden der Kondensatoren mit einem Wärmespreizer mit der minimalen Rauschstromschleife, wobei (A) eine erste Abwandlung der Verbindungsmittel illustriert; und (B) eine zweite Abwandlung der Verbindungsmittel illustriert. 5 Figure 12 illustrates variations of the means for electrically connecting the capacitors to a heat spreader with the minimum noise current loop, (A) illustrating a first modification of the connection means; and (B) illustrates a second modification of the connection means.

6 illustriert eine erste beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform. 6 illustrates a first exemplary configuration of a semiconductor module according to a third embodiment.

7 illustriert eine zweite beispielhafte Konfiguration des Halbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform. 7 illustrates a second exemplary configuration of the semiconductor module according to the third embodiment.

8 illustriert eine beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer vierten Ausführungsform. 8th illustrates an exemplary configuration of a semiconductor module according to a fourth embodiment.

9 illustriert eine beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer fünften Ausführungsform. 9 illustrates an example configuration of a semiconductor module according to a fifth embodiment.

10 illustriert eine beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß der dritten bis fünften Ausführungsform, wobei (A) ein erstes Beispiel der Implementierung illustriert; (B) ein zweites Beispiel der Implementierung illustriert; (C) ein drittes Beispiel der Implementierung illustriert; (D) ein viertes Beispiel der Implementierung illustriert; und (E) ein fünftes Beispiel der Implementierung illustriert. 10 FIG. 12 illustrates an exemplary configuration of a semiconductor module according to the third to fifth embodiments, wherein (A) illustrates a first example of the implementation; FIG. (B) illustrates a second example of the implementation; (C) illustrates a third example of the implementation; (D) illustrates a fourth example of the implementation; and (E) illustrates a fifth example of the implementation.

11 illustriert Schaltpläne von Beispielen eines sekundärseitigen Schaltkreises eines DC-DC-Wandlers, der ein Halbleitermodul verwendet, wobei (A) einen Schaltkreis illustriert, der ein herkömmliches Halbleitermodul verwendet; und (B) einen Schaltkreis illustriert, der ein Halbleitermodul gemäß der sechsten Ausführungsform verwendet. 11 Fig. 12 illustrates circuit diagrams of examples of a secondary-side circuit of a DC-DC converter using a semiconductor module, wherein (A) illustrates a circuit using a conventional semiconductor module; and (B) illustrates a circuit using a semiconductor module according to the sixth embodiment.

12 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel eines Wechselrichters, der ein herkömmliches Halbleitermodul verwendet, illustriert. 12 FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example of an inverter using a conventional semiconductor module. FIG.

13 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Konfiguration des herkömmlichen Halbleitermoduls illustriert. 13 FIG. 10 is a plan view illustrating an exemplary configuration of the conventional semiconductor module. FIG.

14 ist eine Schnittansicht, die die beispielhafte Konfiguration des herkömmlichen Halbleitermoduls illustriert. 14 FIG. 12 is a sectional view illustrating the exemplary configuration of the conventional semiconductor module. FIG.

15 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel illustriert, wie das herkömmliche Halbleitermoduls angeschlossen ist. 15 FIG. 11 is a sectional view illustrating an example of how the conventional semiconductor module is connected. FIG.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Zusammenhang mit einem Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung auf einen Wechselrichter angewandt wird, beschrieben. Man beachte, dass zwei oder mehr Ausführungsformen in Kombination miteinander implementiert werden können, solange keine Widersprüchlichkeiten auftreten.Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings in conjunction with an example in which the present invention is applied to an inverter. Note that two or more Embodiments may be implemented in combination with each other as long as no inconsistencies occur.

1 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel eines Wechselrichters, der ein erfindungsgemäßes Halbleitermodul verwendet, illustriert. 1 FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example of an inverter using a semiconductor module according to the present invention. FIG.

Ein Halbleitermodul 1 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst drei oberer und untere Armteile zwischen einer positiven Netzteil-Anschlussklemme P und einer negativen Netzteil-Anschlussklemme N, wodurch ein drei-Phasen-Wechselrichter-Schaltkreis gebildet wird. Beim Halbleitermodul 1 werden IGBTs als Leistungshalbleitermodule zum Schalten verwendet.A semiconductor module 1 According to the present invention, three upper and lower arm parts are sandwiched between a positive power supply terminal P and a negative power supply terminal N, thereby forming a three-phase inverter circuit. In the semiconductor module 1 IGBTs are used as power semiconductor modules for switching.

Ein erster oberer und unterer Armteil umfasst einen IGBT 11, eine FWD 12, einen IGBT 13 und eine FWD 14. Eine Kollektor-Anschlussklemme des IGBT 11 und eine Kathoden-Anschlussklemme der FWD 12 sind mit der positiven Netzteil-Anschlussklemme P verbunden. Eine Emitter-Anschlussklemme des IGBT 13 und eine Anoden-Anschlussklemme der FWD 14 sind mit der negativen Netzteil-Anschlussklemme N verbunden. Eine Emitter-Anschlussklemme des IGBT 11, eine Anoden-Anschlussklemme der FWD 12, eine Kollektor-Anschlussklemme des IGBT 13 und eine Kathoden-Anschlussklemme der FWD 14 sind miteinander und auch mit einer Stromausgang-Hauptanschlussklemme U verbunden.A first upper and lower arm part includes an IGBT 11 , a FWD 12 , an IGBT 13 and a FWD 14 , A collector terminal of the IGBT 11 and a cathode terminal of the FWD 12 are connected to the positive power supply terminal P. An emitter terminal of the IGBT 13 and an anode terminal of the FWD 14 are connected to the negative power supply terminal N. An emitter terminal of the IGBT 11 , an anode terminal of the FWD 12 , a collector terminal of the IGBT 13 and a cathode terminal of the FWD 14 are connected to each other and also to a current output main terminal U.

Ein zweiter oberer und unterer Armteil umfasst einen IGBT 15, eine FWD 16, einen IGBT 17 und eine FWD 18. Eine Kollektor-Anschlussklemme des IGBT 15 und eine Kathoden-Anschlussklemme der FWD 16 sind mit der positiven Netzteil-Anschlussklemme P verbunden. Eine Emitter-Anschlussklemme des IGBT 17 und eine Anoden-Anschlussklemme der FWD 18 sind mit der negativen Netzteil-Anschlussklemme N verbunden. Eine Emitter-Anschlussklemme des IGBT 15, eine Anoden-Anschlussklemme der FWD 16, eine Kollektor-Anschlussklemme des IGBT 17 und eine Kathoden-Anschlussklemme der FWD 18 sind miteinander und auch mit einer Stromausgang-Hauptanschlussklemme V verbunden.A second upper and lower arm part includes an IGBT 15 , a FWD 16 , an IGBT 17 and a FWD 18 , A collector terminal of the IGBT 15 and a cathode terminal of the FWD 16 are connected to the positive power supply terminal P. An emitter terminal of the IGBT 17 and an anode terminal of the FWD 18 are connected to the negative power supply terminal N. An emitter terminal of the IGBT 15 , an anode terminal of the FWD 16 , a collector terminal of the IGBT 17 and a cathode terminal of the FWD 18 are connected to each other and also to a power output main terminal V.

Ein dritter oberer und unterer Armteil umfasst einen IGBT 19, eine FWD 20, einen IGBT 21 und eine FWD 22. Eine Kollektor-Anschlussklemme des IGBT 19 und eine Kathoden-Anschlussklemme der FWD 20 sind mit der positiven Netzteil-Anschlussklemme P verbunden. Eine Emitter-Anschlussklemme des IGBT 21 und eine Anoden-Anschlussklemme der FWD 22 sind mit der negativen Netzteil-Anschlussklemme N verbunden. Eine Emitter-Anschlussklemme des IGBT 19, eine Anoden-Anschlussklemme der FWD 20, eine Kollektor-Anschlussklemme des IGBT 21 und eine Kathoden-Anschlussklemme der FWD 22 sind miteinander und auch mit einer Hauptstromausgang-Anschlussklemme W verbunden.A third upper and lower arm part includes an IGBT 19 , a FWD 20 , an IGBT 21 and a FWD 22 , A collector terminal of the IGBT 19 and a cathode terminal of the FWD 20 are connected to the positive power supply terminal P. An emitter terminal of the IGBT 21 and an anode terminal of the FWD 22 are connected to the negative power supply terminal N. An emitter terminal of the IGBT 19 , an anode terminal of the FWD 20 , a collector terminal of the IGBT 21 and a cathode terminal of the FWD 22 are connected to each other and also to a main power output terminal W.

Die Stromausgang-Hauptanschlussklemmen U, V und W des Halbleitermoduls sind mit Eingangs-Anschlussklemmen von entsprechenden Phasen eines Motors 30 verbunden.The current output main terminals U, V and W of the semiconductor module are connected to input terminals of respective phases of a motor 30 connected.

Ferner ist im Halbleitermodul 1 eine Anschlussklemme des Kondensators 23 mit der positiven Netzteil-Anschlussklemme P verbunden, an die ein Maximalpotential angelegt ist und eine Anschlussklemme des Kondensators 24 ist mit der negativen Netzteil-Anschlussklemme N verbunden, an die ein Minimalpotential angelegt ist. Die anderen Anschlussklemmen der Kondensatoren 23 und 24 sind miteinander sowie mit einem Wärmespreizer 25 des Halbleitermoduls 1 verbunden. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Kondensatoren 23 und 24 ist elektrisch mit dem Wärmespreizer 25 durch eine elektrisch isolierende Schicht im Halbleitermodul 1 verbunden, wodurch die Rauschstromschleife minimiert wird.Furthermore, in the semiconductor module 1 a terminal of the capacitor 23 connected to the positive power supply terminal P to which a maximum potential is applied and a terminal of the capacitor 24 is connected to the negative power supply terminal N to which a minimum potential is applied. The other terminals of the capacitors 23 and 24 are with each other as well as with a heat spreader 25 of the semiconductor module 1 connected. A common connection point of the capacitors 23 and 24 is electric with the heat spreader 25 by an electrically insulating layer in the semiconductor module 1 connected, whereby the noise current loop is minimized.

Ferner ist im Halbleitermodul 1 ein Kondensator 26 zwischen einer Schaltkreisstruktur 26a mit den darauf angeordneten IGBT 13 und FWD 14 und dem Wärmespreizer 25 verbunden. In ähnlicher Weise ist ein Kondensator 27 zwischen einer Schaltkreisstruktur 27a mit den darauf angeordneten IGBT 17 und FWD 18 und dem Wärmespreizer 25 verbunden und ein Kondensator 28 ist zwischen einer Schaltkreisstruktur 28a mit den darauf angeordneten IGBT 21 und FWD 22 und dem Wärmespreizer 25 verbunden. Die Kondensatoren 26, 27 und 28 sind auch elektrisch mit dem Wärmespreizer 25 durch die elektrisch isolierende Schicht im Halbleitermodul 1 verbunden, wodurch die Rauschstromschleife minimiert wird. Entsprechend sind die Schaltkreisstrukturen 26a, 27a, und 28a mit einer größeren Potentialänderung (dv/dt), auf denen die IGBTs 13, 17 und 21, die Schaltoperationen durchführen, angeordnet sind, mit dem Wärmespreizer 25 mit der minimalen Rauschstromschleife verbunden.Furthermore, in the semiconductor module 1 a capacitor 26 between a circuit structure 26a with the IGBT arranged on it 13 and FWD 14 and the heat spreader 25 connected. Similarly, a capacitor 27 between a circuit structure 27a with the IGBT arranged on it 17 and FWD 18 and the heat spreader 25 connected and a capacitor 28 is between a circuit structure 28a with the IGBT arranged on it 21 and FWD 22 and the heat spreader 25 connected. The capacitors 26 . 27 and 28 are also electric with the heat spreader 25 through the electrically insulating layer in the semiconductor module 1 connected, whereby the noise current loop is minimized. Accordingly, the circuit structures 26a . 27a , and 28a with a larger potential change (dv / dt) on which the IGBTs 13 . 17 and 21 , which perform switching operations, are arranged with the heat spreader 25 connected to the minimum noise current loop.

Ferner sind die Schaltkreisstrukturen 26a, 27a und 28a mit den darauf angeordneten IGBTs 13, 17 und 21 und die (nicht dargestellten) Schaltkreisstrukturen mit den darauf angeordneten IGBTs 11, 15 und 19 kapazitiv über die elektrisch isolierende Schicht durch parasitäre Kapazitäten 29 mit dem Wärmespreizer 25 gekoppelt.Further, the circuit structures 26a . 27a and 28a with the IGBTs arranged on it 13 . 17 and 21 and the circuit structures (not shown) with the IGBTs arranged thereon 11 . 15 and 19 capacitively across the electrically insulating layer by parasitic capacitances 29 with the heat spreader 25 coupled.

Ein Rauschstrom in oberen Armteilen der ersten bis dritten oberen und unteren Armteile fließt durch eine Minimalschleife, die über die parasitäre Kapazität 29, den Wärmespreizer 25 und den Kondensator 23 in die (nicht dargestellten) Schaltkreisstrukturen mit den darauf angeordneten IGBTs 11, 15 und 19 fließt. In den unteren Armteilen der ersten bis dritten oberen und unteren Armteile fließen zwei Arten von Rauschströmen. Zum Beispiel fließt ein erster Rauschstrom im Falle des unteren Armteils der ersten unteren und oberen Armteile durch eine Minimalschleife, die über die parasitäre Kapazität 29, den Wärmespreizer 25, den Kondensator 24 und das Potential der negativen Netzteil-Anschlussklemme N in die Schaltkreisstruktur 26a fließt. Ein zweiter Rauschstrom fließt durch eine Minimalschleife, die über die parasitäre Kapazität 29, den Wärmespreizer 25 und den Kondensator 26 in die Schaltkreisstruktur 26a fließt.A noise current in upper arm portions of the first to third upper and lower arm portions flows through a minimum loop that exceeds the parasitic capacitance 29 , the heat spreader 25 and the capacitor 23 in the circuit structures (not shown) with the IGBTs arranged thereon 11 . 15 and 19 flows. In the lower arm parts of the first to third upper and lower arm portions flow two types of noise currents. For example, in the case of the lower arm portion of the first lower and upper arm portions, a first noise current flows through a minimum loop that exceeds the parasitic capacitance 29 , the heat spreader 25 , the condenser 24 and the potential of the negative power supply terminal N in the circuit structure 26a flows. A second noise current flows through a minimum loop that exceeds the parasitic capacitance 29 , the heat spreader 25 and the capacitor 26 in the circuit structure 26a flows.

Man beachte, dass in dem in 1 dargestellten Beispiel nicht alle Kondensatoren 23, 24, 26, 27 und 28 des Halbleitermoduls 1 vorgesehen sein müssen, aber Kondensatoren wo sie notwendig sind, vorgesehen sein können, so zum Beispiel an Positionen, an denen der Rauschpegel besonders hoch ist.Note that in the in 1 example not all capacitors 23 . 24 . 26 . 27 and 28 of the semiconductor module 1 must be provided, but capacitors where necessary, may be provided, for example, at positions where the noise level is particularly high.

Außerdem ist der Wärmespreizer 25 des Halbleitermoduls 1 mit dem Gehäuse des Wechselrichters verbunden, so dass das durch die Kondensatoren 23, 24, 26, 27 und 28 umgeleitete Rauschen in die Gehäusemasse fließt.In addition, the heat spreader 25 of the semiconductor module 1 connected to the housing of the inverter, so that through the capacitors 23 . 24 . 26 . 27 and 28 redirected noise flows into the housing ground.

Im Folgenden wird eine konkrete Ausführungsform des Halbleitermoduls 1 beschrieben.The following is a concrete embodiment of the semiconductor module 1 described.

2 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform illustriert, und 3 zeigt eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile A-A in 2. 2 FIG. 10 is a plan view illustrating an exemplary configuration of a semiconductor module according to a first embodiment, and FIG 3 shows a sectional view in the direction of arrows AA in 2 ,

Ein Halbleitermodul 2 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ein isolierendes Al-Substrat 41, das als elektrisch isolierende Schicht dient. Schaltkreisstrukturen 42 sind auf dem isolierenden Al-Substrat 41 gebildet. Leistungshalbleiterchips 43 und 44 und Kondensatoren 45 und 46 sind auf den Schaltkreisstrukturen 42 angeordnet. Ein Wärmespreizer 47 wird mit einer Oberfläche des isolierenden Al-Substrats 41 verbunden, die dessen Oberfläche gegenüberliegt, an der die Schaltkreisstrukturen 42 gebildet werden. Ein Schaltungsblock umfassend das isolierende Al-Substrat 41, die Schaltkreisstrukturen 42, die Leistungshalbleiterchips 43 und 44 und die Kondensatoren 45 und 46 ist in einem Anschlussgehäuse 48 aus PPS-(Polyphenylensulfid)Harz angeordnet und mit Harz 49 wie zum Beispiel Epoxy und dergleichen versiegelt.A semiconductor module 2 According to the first embodiment, an insulating Al substrate comprises 41 , which serves as an electrically insulating layer. Circuit structures 42 are on the insulating Al substrate 41 educated. Power semiconductor chips 43 and 44 and capacitors 45 and 46 are on the circuit structures 42 arranged. A heat spreader 47 becomes with a surface of the insulating Al substrate 41 which is opposite to the surface on which the circuit structures 42 be formed. A circuit block comprising the insulating Al substrate 41 , the circuit structures 42 , the power semiconductor chips 43 and 44 and the capacitors 45 and 46 is in a connection housing 48 made of PPS (polyphenylene sulfide) resin and resin 49 such as epoxy and the like sealed.

Das isolierende Al-Substrat 41 kann eine organische isolierende Schicht aus einer Kombination aus Aluminium mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit und einem isolierenden Harz mit einem niedrigen thermischen Widerstand, wie zum Beispiel Epoxy, Flüssigkristallpolymer und dergleichen, sein. Man beachte, dass die elektrisch isolierende Schicht eine anorganische isolierende Schicht aus Keramik, wie zum Beispiel Siliziumnitrid und dergleichen, sein kann. Ferner kann ein DCB-(„Direct Copper Bond”)Substrat mit einer anorganischen isolierenden Schicht mit auf dessen beiden Oberflächen gebondeten Kupferfolien verwendet werden. Die Schaltkreisstrukturen 42 werden durch Ätzen einer auf einer Oberfläche des isolierenden Al-Substrats 41 gebildeten leitfähigen Platine oder Folie erzeugt oder werden durch Aufbringen einer leitfähigen Platine auf einer der Oberflächen des isolierenden Al-Substrats erzeugt.The insulating Al substrate 41 For example, an organic insulating layer may be a combination of aluminum having a high thermal conductivity and a low thermal resistance insulating resin such as epoxy, liquid crystal polymer and the like. Note that the electrically insulating layer may be an inorganic insulating layer of ceramics such as silicon nitride and the like. Further, a DCB ("Direct Copper Bond") substrate having an inorganic insulating layer with copper foils bonded on both surfaces thereof may be used. The circuit structures 42 are formed by etching one on a surface of the insulating Al substrate 41 formed conductive board or film or are generated by applying a conductive board on one of the surfaces of the insulating Al substrate.

Die Leistungshalbleiterchips 43 können die IGBTs 11, 13, 15, 17, 19 und 21 der 1 sein und die Leistungshalbleiterchips 44 können die FWDs 12, 14, 16, 18, 20 und 22 der 1 sein. β1. Der Wärmespreizer 47 entspricht dem Wärmespreizer 25 der 1 und ist aus einer Kupfer- oder Aluminiumplatine gefertigt.The power semiconductor chips 43 can the IGBTs 11 . 13 . 15 . 17 . 19 and 21 of the 1 his and the power semiconductor chips 44 can the FWDs 12 . 14 . 16 . 18 . 20 and 22 of the 1 be. β1. The heat spreader 47 corresponds to the heat spreader 25 of the 1 and is made of a copper or aluminum plate.

Bezugnehmend auf die Draufsicht der 2, ist ein Ende der Kondensatoren 45 und 46 auf einer gemeinsamen Schaltkreisstruktur 42a, die im Wesentlichen in der Mitte in Richtung einer langen Seite des rechteckigen Wärmespreizers 47 auf dem isolierenden Al-Substrat 41 gebildet ist, angeordnet. Ein leitfähiger Pin 50 ist in ein Loch eingepresst, das in der Schaltkreisstruktur 42a, dem isolierenden Al-Substrat 41 und dem Wärmespreizer 47 ausgebildet ist, so dass die Schaltkreisstruktur 42a elektrisch mit dem Wärmespreizer 47 verbunden ist. Entsprechend wird ein Rauschstrom, der aufgrund einer Potentialänderung in der Schaltkreisstruktur 45a und der parasitären Kapazitäten 29 zum Wärmespreizer 47 floss, vom Pin 50 und den Kondensatoren 45 und 46 in die Schaltkreisstrukturen 42, die dasselbe Potential wie die positive Netzteil-Anschlussklemme P und die negative Netzteil-Anschlussklemme N haben, zurückgeleitet. Somit wird die Rauschstromschleife minimiert.Referring to the top view of 2 , is one end of the capacitors 45 and 46 on a common circuit structure 42a , which is essentially in the middle towards a long side of the rectangular heat spreader 47 on the insulating Al substrate 41 is formed, arranged. A conductive pin 50 is pressed into a hole in the circuit structure 42a , the insulating Al substrate 41 and the heat spreader 47 is formed, so that the circuit structure 42a electrically with the heat spreader 47 connected is. Accordingly, a noise current due to a potential change in the circuit structure becomes 45a and the parasitic capacitances 29 to the heat spreader 47 flowed, from the pin 50 and the capacitors 45 and 46 into the circuit structures 42 , which have the same potential as the positive power supply terminal P and the negative power supply terminal N returned. Thus, the noise current loop is minimized.

4 illustriert eine beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei (A) eine Draufsicht des Halbleitermoduls ist; und (B) ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils B in (A). In 4 werden mit denen in 2 und 3 identische oder entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen beschriftet. 4 Fig. 11 illustrates an exemplary configuration of a semiconductor module according to a second embodiment, wherein (A) is a plan view of the semiconductor module; and (B) is an enlarged sectional view of a part B in (A). In 4 be with those in 2 and 3 identical or corresponding elements labeled with the same reference numerals.

Ein Halbleitermodul 3 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Halbleitermodul 2 gemäß der ersten Ausführungsform in den Mitteln zum elektrischen Verbinden der Kondensatoren 45 und 46 an den Wärmespreizer 47 mit einer minimalen Rauschstromschleife. Insbesondere ist ein Öffnung 51 im isolierenden Al-Substrat 41, im Wesentlichen in der Mitte in Richtung der langen Seite des rechteckigen Wärmespreizers 47 gebildet, so dass eine mit dem isolierenden Al-Substrat 41 in Kontakt stehende Oberfläche des Wärmespreizers 47 freigelegt ist. Ferner sind die Schaltkreisstrukturen 42b und 42c auf dem isolierenden Al-Substrat 41 angrenzend an die Öffnung 51 in der Richtung der langen Seite des Wärmespreizers 47 gebildet. Ein Ende des Kondensators 45 ist mit der Schaltkreisstruktur 24b verbunden und ein Ende des Kondensators 46 ist mit der Schaltkreisstruktur 42c verbunden. Die Schaltkreisstrukturen 42b und 42c sind mit dem Wärmespreizer 47 durch einen Bonddraht 52 durch die Öffnung 51 verbunden. Ein Kupferdraht, ein Aluminiumdraht oder ein Golddraht wird als Bonddraht 52 verwendet.A semiconductor module 3 according to the second embodiment differs from the semiconductor module 2 according to the first embodiment in the means for electrically connecting the capacitors 45 and 46 to the heat spreader 47 with a minimal noise current loop. In particular, there is an opening 51 in the insulating Al substrate 41 , essentially in the middle towards the long side of the rectangular heat spreader 47 formed so that one with the insulating Al substrate 41 in contact surface of the heat spreader 47 is exposed. Further, the circuit structures 42b and 42c on the insulating Al substrate 41 adjacent to the opening 51 in the direction of the long side of the heat spreader 47 educated. One end of the capacitor 45 is with the circuit structure 24b connected and one end of the capacitor 46 is with the circuit structure 42c connected. The circuit structures 42b and 42c are with the heat spreader 47 through a bonding wire 52 through the opening 51 connected. A copper wire, an aluminum wire or a gold wire is used as a bonding wire 52 used.

Auf diese oben beschriebene Weise ist ein Ende eines jeden der Kondensatoren 45 und 46 elektrisch mit dem in unmittelbarer Nähe dazu liegenden Wärmespreizer 47 durch den Bonddraht 52 verbunden Entsprechend wird ein Rauschstrom, der aufgrund einer Potentialänderung in den Schaltkreisstrukturen 42b und 42c und der parasitären Kapazitäten 29 zum Wärmespreizer 47 floss, vom Bonddraht 52 und den Kondensatoren 45 und 46 in die Schaltkreisstrukturen 42, die dasselbe Potential wie die positive Netzteil-Anschlussklemme P und die negative Netzteil-Anschlussklemme N haben, zurückgeleitet. Somit wird die Rauschstromschleife minimiert.In this manner described above, one end of each of the capacitors 45 and 46 electrically with the heat spreader in the immediate vicinity 47 through the bonding wire 52 Accordingly, a noise current due to a potential change in the circuit structures 42b and 42c and the parasitic capacitances 29 to the heat spreader 47 flowed, from the bonding wire 52 and the capacitors 45 and 46 into the circuit structures 42 , which have the same potential as the positive power supply terminal P and the negative power supply terminal N returned. Thus, the noise current loop is minimized.

5 illustriert Abwandlungen der Mittel zum elektrischen Verbinden der Kondensatoren mit einem Wärmespreizer mit der minimalen Rauschstromschleife, wobei (A) eine erste Abwandlung der Verbindungsmittel illustriert; und (B) eine zweite Abwandlung der Verbindungsmittel illustriert. In 5 werden mit denen in 3 und 4 identische oder entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen beschriftet. 5 Figure 12 illustrates variations of the means for electrically connecting the capacitors to a heat spreader with the minimum noise current loop, (A) illustrating a first modification of the connection means; and (B) illustrates a second modification of the connection means. In 5 be with those in 3 and 4 identical or corresponding elements labeled with the same reference numerals.

Bei der ersten Abwandlung des Verbindungsmittels ist das Verbindungsmittel wie in (A) der 5 als eine leitende Schraube 53 ausgeführt. Insbesondere ist die Schraube 53 in den Wärmespreizer 47 durch ein in der Schaltkreisstruktur 42a und dem isolierenden Al-Substrat 41 gebildetes Loch geschraubt, so dass die gemeinsame Schaltkreisstruktur 42a, mit der ein Ende eines jeden Kondensators 45 und 46 verbunden ist, elektrisch mit dem Wärmespreizer 47 verbunden ist.In the first modification of the connecting means, the connecting means is as in (A) of 5 as a conductive screw 53 executed. In particular, the screw 53 in the heat spreader 47 by one in the circuit structure 42a and the insulating Al substrate 41 screwed hole formed, so that the common circuit structure 42a , with the one end of each capacitor 45 and 46 electrically connected to the heat spreader 47 connected is.

Bei der zweiten Abwandlung des Verbindungsmittels ist, wie in (B) der 5 dargestellt, ein Loch so ausgebildet, dass es durch das isolierende Al-Substrat 41 und den Wärmespreizer 47, die miteinander verbunden sind, geht und eine Beschichtung 54 an der Innenwand des Lochs aufgebracht ist. Mit diesem Beschichtungsvorgang wird die Schaltkreisstruktur 42a über die Beschichtung elektrisch mit dem Wärmespreizer 47 verbunden.In the second modification of the bonding agent, as in (B) of 5 shown a hole formed so that it passes through the insulating Al substrate 41 and the heat spreader 47 that are connected together, goes and a coating 54 is applied to the inner wall of the hole. With this coating process, the circuit structure becomes 42a over the coating electrically with the heat spreader 47 connected.

6 illustriert eine erste beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform und 7 illustriert eine zweite beispielhafte Konfiguration des Halbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform. In 6 und 7 werden mit denen in 2 identische oder entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen beschriftet. 6 illustrates a first exemplary configuration of a semiconductor module according to a third embodiment and 7 illustrates a second exemplary configuration of the semiconductor module according to the third embodiment. In 6 and 7 be with those in 2 identical or corresponding elements labeled with the same reference numerals.

Ein Halbleitermodul 4 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich darin vom Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform, dass die Position des Pins 50 zum elektrischen Verbinden mit dem Wärmespreizer 47 geändert ist, so dass sie im Wesentlichen in der Mitte in Richtung der langen Seite und der kurzen Seite des Anschlussgehäuses 48 oder des Wärmespreizers 47 liegt.A semiconductor module 4 According to the third embodiment, it differs from the semiconductor module according to the first embodiment in that the position of the pin 50 for electrical connection to the heat spreader 47 is changed so that it is essentially in the middle in the direction of the long side and the short side of the connection housing 48 or the heat spreader 47 lies.

Zunächst ist die erste in 6 dargestellte beispielhafte Konfiguration die beim Schaltkreis des drei-Phasen-Wechselrichters der 1 angewandte Konfiguration. Ein Ende des Kondensators 45 ist mit der negativen Netzteil-Anschlussklemme N verbunden und dessen anderes Ende ist mit der Schaltkreisstruktur 42a verbunden; und ein Ende des Kondensators 46 ist mit der positiven Netzteil-Anschlussklemme P verbunden und dessen anderes Ende ist mit der Schaltkreisstruktur 42a verbunden. Entsprechend wird ein Rauschstrom, der aufgrund einer Potentialänderung in der Schaltkreisstruktur 45a und der parasitären Kapazitäten 29 zum Wärmespreizer 47 floss, im Wesentlichen von der Mitte des Wärmespreizers 47, das heißt vom Pin 50 und den Kondensatoren 45 und 46, in die Schaltkreisstrukturen 42, die dasselbe Potential wie die positive Netzteil-Anschlussklemme P und die negative Netzteil-Anschlussklemme N haben, zurückgeleitet. Somit wird die Rauschstromschleife minimiert. Außerdem fließt der Rauschstrom über den Wärmespreizer 47 in die Gehäusemasse mit einem stabilen Potential.First, the first in 6 illustrated exemplary configuration in the circuit of the three-phase inverter of 1 applied configuration. One end of the capacitor 45 is connected to the negative power supply terminal N and the other end is connected to the circuit structure 42a connected; and one end of the capacitor 46 is connected to the positive power supply terminal P and the other end is connected to the circuit structure 42a connected. Accordingly, a noise current due to a potential change in the circuit structure becomes 45a and the parasitic capacitances 29 to the heat spreader 47 flowed, essentially from the middle of the heat spreader 47 that is from the pin 50 and the capacitors 45 and 46 , in the circuit structures 42 , which have the same potential as the positive power supply terminal P and the negative power supply terminal N returned. Thus, the noise current loop is minimized. In addition, the noise current flows through the heat spreader 47 in the housing ground with a stable potential.

Andererseits ist die in 7 dargestellte zweite beispielhafte Konfiguration die Konfiguration eines Halbleitermoduls 4a gemäß der dritten Ausführungsform, die bei einem Schaltkreis eines zwei-Phasen-Wechselrichters mit zwei Ausgangs-Anschlussklemmen OUT1 und OUT2, bei dem sich Leiter-Anschlussklemmen in zwei Richtungen nach außen erstrecken, angewandt wird. Auch beim Halbleitermodul 4a ist ein Ende des Kondensators 45 mit der negativen Netzteil-Anschlussklemme N verbunden und dessen anderes Ende ist mit der Schaltkreisstruktur 42a verbunden; und ein Ende des Kondensators 46 ist mit der positiven Netzteil-Anschlussklemme P verbunden und dessen anderes Ende ist mit der Schaltkreisstruktur 42a verbunden. Ferner ist die Schaltkreisstruktur 42a über den Pin 50 im Wesentlichen in der Mittelposition des Wärmespreizers 47 elektrisch mit dem Wärmespreizer 47 verbunden. Entsprechend wird ein Rauschstrom, der aufgrund einer Potentialänderung in der Schaltkreisstruktur 45a und der parasitären Kapazitäten 29 zum Wärmespreizer 47 floss, im Wesentlichen von der Mitte des Wärmespreizers 47, das heißt vom Pin 50 und den Kondensatoren 45 und 46, in die Schaltkreisstrukturen 42, die dasselbe Potential wie die positive Netzteil-Anschlussklemme P und die negative Netzteil-Anschlussklemme N haben, zurückgeleitet. Somit wird die Rauschstromschleife minimiert. Außerdem fließt der Rauschstrom über den Wärmespreizer 47 in die Gehäusemasse mit einem stabilen Potential.On the other hand, the in 7 illustrated second exemplary configuration, the configuration of a semiconductor module 4a according to the third embodiment, applied to a circuit of a two-phase inverter having two output terminals OUT1 and OUT2 at which conductor terminals extend in two directions outward. Also with the semiconductor module 4a is one end of the capacitor 45 connected to the negative power supply terminal N and the other end is connected to the circuit structure 42a connected; and one end of the capacitor 46 is connected to the positive power supply terminal P and the other end is connected to the circuit structure 42a connected. Further, the circuit structure 42a over the pin 50 essentially in the middle position of the heat spreader 47 electrically with the heat spreader 47 connected. Accordingly, a noise current due to a potential change in the circuit structure becomes 45a and the parasitic capacitances 29 to the heat spreader 47 flowed, essentially from the middle of the heat spreader 47 that is from the pin 50 and the capacitors 45 and 46 , in the circuit structures 42 , which have the same potential as the positive power supply terminal P and the negative power supply terminal N returned. Thus, the noise current loop is minimized. In addition, the noise current flows through the heat spreader 47 in the housing ground with a stable potential.

8 illustriert eine beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer vierten Ausführungsform. In 8 werden mit denen in 7 identische oder entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen beschriftet. 8th illustrates an exemplary configuration of a semiconductor module according to a fourth embodiment. In 8th be with those in 7 identical or corresponding elements labeled with the same reference numerals.

Bei einem Halbleitermodul 5 gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich eine Schaltkreisstruktur, dessen Rauschen umgeleitet wird, von denen der Halbleitermodule 2, 3, 4 und 4a gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen. Insbesondere werden bei den Halbleitermodulen 2, 3, 4 und 4a gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen die mit der negativen Netzteil-Anschlussklemme N und der positiven Netzteil-Anschlussklemme P verbundenen Schaltkreisstrukturen 42 durch die Kondensatoren 45 und 46 umgangen. Andererseits werden beim Halbleitermodul 5 gemäß der vierten Ausführungsform Schaltkreisstrukturen 42d mit einer größeren Potentialänderung (dv/dt) im Schaltungsblock durch die Kondensatoren 55 und 56 umgangen. Die Schaltkreisstrukturen 42d mit einer größeren Potentialänderung (dv/dt) sind Bereiche der unteren Armteile, wo die Leistungshalbleiterchips 43 und 44 angeordnet sind, und die Kondensatoren 55 und 56 entsprechen den in 1 dargestellten Kondensatoren 26, 27 und 28.In a semiconductor module 5 According to the fifth embodiment, a circuit structure whose noise is redirected differs from that of the semiconductor modules 2 . 3 . 4 and 4a according to the first to third embodiments. In particular, in the semiconductor modules 2 . 3 . 4 and 4a According to the first to third embodiments, the circuit structures connected to the negative power supply terminal N and the positive power supply terminal P are connected 42 through the capacitors 45 and 46 bypassed. On the other hand, in the semiconductor module 5 According to the fourth embodiment, circuit structures 42d with a larger potential change (dv / dt) in the circuit block through the capacitors 55 and 56 bypassed. The circuit structures 42d with a larger potential change (dv / dt) are areas of the lower arm parts where the power semiconductor chips 43 and 44 are arranged, and the capacitors 55 and 56 correspond to the in 1 illustrated capacitors 26 . 27 and 28 ,

Auch beim Halbleitermodul 5 wird ein Rauschstrom, der aufgrund einer Potentialänderung in den Schaltkreisstrukturen 42d und der parasitären Kapazitäten 29 zum Wärmespreizer 47 floss, vom Pin 50 und den Kondensatoren 45 und 46 in die Schaltkreisstrukturen 42, die dasselbe Potential wie die positive Netzteil-Anschlussklemme P und die negative Netzteil-Anschlussklemme N haben, zurückgeleitet. Somit wird die Rauschstromschleife minimiert.Also with the semiconductor module 5 becomes a noise current due to a potential change in the circuit structures 42d and the parasitic capacitances 29 to the heat spreader 47 flowed, from the pin 50 and the capacitors 45 and 46 into the circuit structures 42 , which have the same potential as the positive power supply terminal P and the negative power supply terminal N returned. Thus, the noise current loop is minimized.

9 illustriert eine beispielhafte Konfiguration eines Halbleitermoduls gemäß einer fünften Ausführungsform. In 9 werden mit denen in 4 identische oder entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen beschriftet. 9 illustrates an example configuration of a semiconductor module according to a fifth embodiment. In 9 be with those in 4 identical or corresponding elements labeled with the same reference numerals.

Beim Halbleitermodul 3 gemäß der zweiten Ausführungsform der 4 wird eine elektrische Verbindung mit dem Wärmespreizer 47 im Wesentlichen in der Mitte in Richtung der langen Seite des Wärmespreizers 47 hergestellt. Andererseits wird bei einem Halbleitermodul 6 gemäß der fünften Ausführungsform eine elektrische Verbindung mit dem Wärmespreizer 47 im Wesentlichen in der Mitte des Wärmespreizers 47 hergestellt. Insbesondere ist die Öffnung 51 im isolierenden Al-Substrat im Wesentlichen im Umkreis der Mitte des Wärmespreizers 47 gebildet, und die Schaltkreisstrukturen 42b und 42c mit den darauf angeordneten Kondensatoren 45 und 46 sind durch die Bonddrähte 52 durch die Öffnung 51 elektrisch mit dem Wärmespreizer 47 verbunden. Entsprechend wird ein Rauschstrom, der aufgrund einer Potentialänderung in den Schaltkreisstrukturen 42b und 42c und der parasitären Kapazitäten 29 zum Wärmespreizer 47 floss, im Wesentlichen von der Mitte des Wärmespreizers 47, das heißt von den Bonddrähten 52 und den Kondensatoren 45 und 46, in die Schaltkreisstrukturen 42, die dasselbe Potential wie die positive Netzteil-Anschlussklemme P und die negative Netzteil-Anschlussklemme N haben, zurückgeleitet. Somit wird die Rauschstromschleife minimiert. Außerdem fließt der Rauschstrom über den Wärmespreizer 47 in die Gehäusemasse mit einem stabilen Potential.In the semiconductor module 3 according to the second embodiment of 4 becomes an electrical connection with the heat spreader 47 essentially in the middle towards the long side of the heat spreader 47 produced. On the other hand, in a semiconductor module 6 according to the fifth embodiment, an electrical connection with the heat spreader 47 essentially in the middle of the heat spreader 47 produced. In particular, the opening 51 in the insulating Al substrate substantially in the vicinity of the center of the heat spreader 47 formed, and the circuit structures 42b and 42c with the capacitors arranged on top 45 and 46 are through the bonding wires 52 through the opening 51 electrically with the heat spreader 47 connected. Accordingly, a noise current due to a potential change in the circuit patterns becomes 42b and 42c and the parasitic capacitances 29 to the heat spreader 47 flowed, essentially from the middle of the heat spreader 47 that is from the bonding wires 52 and the capacitors 45 and 46 , in the circuit structures 42 , which have the same potential as the positive power supply terminal P and the negative power supply terminal N returned. Thus, the noise current loop is minimized. In addition, the noise current flows through the heat spreader 47 in the housing ground with a stable potential.

Wie oben beschrieben sind bei den Halbleitermodulen 4, 4a, 5 und 6 gemäß den dritten bis fünften Ausführungsformen die Kondensatoren 45, 46, 55 und 56 mit dem Wärmespreizer 47 im Wesentlichen in der Mitte des Anschlussgehäuses 48 oder des Wärmespreizers 47 verbunden. Entsprechend ist es im Fall, dass diese Halbleitermodule 4, 4a, 5 und 6 gegen einen Kühlkörper oder das Gehäuse gedrückt werden und damit verbunden sind, möglich, die Verbindungsposition mit dem Kühlkörper oder dem Gehäuse konstant und unverändert aufrecht zu erhalten. Im Folgenden werden spezifische Implementierungsbeispiele, bei denen solch eine Wirkung erwartet wird, beschrieben. Es ist zu beachten, dass es in diesem Fall bevorzugt ist, dass bei den Halbleitermodulen 4, 4a, 5 und 6 der Wärmespreizer 47 eine nach außen gekrümmte Form mit einer sich wölbenden äußeren Oberfläche aufweist, die innerhalb eines Bereichs der Betriebstemperatur eine moderate Konvexität aufgrund von Schrumpfung beim Aushärten des Harzes 49 nach Harzversiegelung des Schaltungsblocks definiert.As described above, in the semiconductor modules 4 . 4a . 5 and 6 According to the third to fifth embodiments, the capacitors 45 . 46 . 55 and 56 with the heat spreader 47 essentially in the middle of the connection housing 48 or the heat spreader 47 connected. Accordingly, it is the case that these semiconductor modules 4 . 4a . 5 and 6 are pressed against and connected to a heat sink or the housing, it is possible to maintain the connection position with the heat sink or the housing constant and unchanged. In the following, specific implementation examples in which such an effect is expected are described. It should be noted that in this case, it is preferable that in the semiconductor modules 4 . 4a . 5 and 6 the heat spreader 47 has an outwardly curved shape with a bulging outer surface which, within a range of operating temperature, has a moderate convexity due to shrinkage upon curing of the resin 49 defined after resin sealing of the circuit block.

10 illustriert Implementierungsbeispiele eines Halbleitermoduls gemäß dem dritten bis fünften Ausführungsformen, wobei (A) ein erstes Beispiel der Implementierung illustriert; (B) ein zweites Beispiel der Implementierung illustriert; (C) ein drittes Beispiel der Implementierung illustriert; (D) ein viertes Beispiel der Implementierung illustriert; und (E) ein fünftes Beispiel der Implementierung illustriert. In diesen Schaubildern ist die äußere Krümmung des Schaltungsblocks und des Wärmespreizers 47 für ein leichteres Verständnis übertrieben dargestellt. Ferner ist in 10 nur das Halbleitermodul 4 gemäß der dritten Ausführungsform als ein gegen einen Kühlkörper 57 (oder Gehäuse) gedrücktes Halbleitermodul dargestellt. 10 illustrates implementation examples of a semiconductor module according to the third to fifth embodiments, wherein (A) illustrates a first example of the implementation; (B) illustrates a second example of the implementation; (C) illustrates a third example of the implementation; (D) illustrates a fourth example of the implementation; and (E) illustrates a fifth example of the implementation. In these graphs, the outer curvature of the circuit block and the heat spreader 47 shown exaggerated for easier understanding. Furthermore, in 10 only the semiconductor module 4 according to the third embodiment as a against a heatsink 57 (or housing) pressed semiconductor module shown.

Das erste in (A) der 10 dargestellte Implementierungsbeispiel illustriert den Fall, dass das Halbleitermodul 4 direkt gegen den Kühlkörper 57 gedrückt wird. In diesem Fall ist das Halbleitermodul 4 an nur einem Punkt im Wesentlichen in der Mitte des Halbleitermoduls 4 elektrisch mit dem Kühlkörper 57 verbunden. Entsprechend wird verhindert, dass sich der elektrische Verbindungspunkt zwischen dem Halbleitermodul 4 und dem Kühlkörper 57 verändert, wenn das Halbleitermodul 4 mit vier Schrauben mit dem Kühlkörper 57 verbunden ist, womit in Abhängigkeit davon, wie fest die Schrauben angezogen sind, Schwankungen der Rauscheigenschaften verringert werden.The first in (A) the 10 illustrated implementation example illustrates the case that the semiconductor module 4 directly against the heat sink 57 is pressed. In this case, the semiconductor module 4 at only one point substantially in the middle of the semiconductor module 4 electrically with the heat sink 57 connected. Accordingly, it prevents the electrical connection point between the semiconductor module 4 and the heat sink 57 changed when the semiconductor module 4 with four screws with the heat sink 57 which, depending on how tight the screws are tightened, reduces fluctuations in noise properties.

Das zweite in (B) der 10 dargestellte Implementierungsbeispiel illustriert den Fall, dass eine leitende Wärmeleitpaste 58 zwischen dem Halbleitermodul 4 und dem Kühlkörper 57 verteilt ist. In diesem Fall ist die gesamte Oberfläche des Wärmespreizers 47 des Halbleitermoduls 4 elektrisch über die Wärmeleitpaste 58 verbunden. Insbesondere ist das Halbleitermodul 4 sicher im Wesentlichen in dessen Mitte elektrisch verbunden, wo die Wärmeleitpaste 58 die kleinste Dicke aufweist. Entsprechend können Schwankungen der Rauscheigenschaften verringert werden, selbst wenn die vier das Halbleitermodul 4 mit dem Kühlkörper 57 befestigenden Schrauben unterschiedlich fest angezogen sind, da das Halbleitermodul 4 nur im Wesentlichen in der Mitte des Halbleitermoduls 4 sicher elektrisch verbunden ist.The second in (B) the 10 illustrated implementation example illustrates the case that a conductive thermal paste 58 between the semiconductor module 4 and the heat sink 57 is distributed. In this case, the entire surface of the heat spreader 47 of the semiconductor module 4 electrically via the thermal compound 58 connected. In particular, the semiconductor module 4 safely electrically connected essentially in the middle, where the thermal paste 58 has the smallest thickness. Accordingly, fluctuations in the noise characteristics can be reduced even if the four are the semiconductor module 4 with the heat sink 57 fastened screws are tightened differently firmly, since the semiconductor module 4 only substantially in the middle of the semiconductor module 4 safely electrically connected.

Das dritte in (C) der 10 dargestellte Implementierungsbeispiel illustriert den Fall, dass eine nichtleitende Wärmeleitpaste 59 zwischen dem Halbleitermodul 4 und dem Kühlkörper 57 verteilt ist. In diesem Fall ist im Kühlkörper 57 an einer Position, die im Wesentlichen der Mitte des Halbleitermoduls 4 entspricht, ein kreisrundes Loch 60 ausgebildet. Entsprechend ist beim Halbleitermodul 4 die durch die äußere Oberfläche des Wärmespreizers 47 definierte kugelförmige Oberfläche verlässlich mit der Kante um das Loch 60 herum in Kontakt, so das Schwankungen der Rauscheigenschaften aufgrund der Unterschiede dieser Art des Andrückens verringert werden.The third in (C) the 10 illustrated implementation example illustrates the case that a non-conductive thermal paste 59 between the semiconductor module 4 and the heat sink 57 is distributed. In this case is in the heat sink 57 at a position that is substantially the center of the semiconductor module 4 corresponds, a circular hole 60 educated. The same applies to the semiconductor module 4 through the outer surface of the heat spreader 47 defined spherical surface reliably with the edge around the hole 60 around, so that the fluctuations of the noise properties due to the differences of this kind of pressing are reduced.

Das vierte in (D) der 10 dargestellte Implementierungsbeispiel illustriert den Fall, dass die nichtleitende Wärmeleitpaste 59 zwischen dem Halbleitermodul 4 und dem Kühlkörper 57 verteilt ist. In diesem Fall ist im Kühlkörper 57 an einer Position, die im Wesentlichen der Mitte des Halbleitermoduls 4 entspricht, ein kreisrundes Loch 60 ausgebildet und eine leitende Tellerfeder 61 ist im Loch 60 angeordnet. Entsprechend ist die durch die äußere Oberfläche des Wärmespreizers 47 des Halbleitermoduls 4 definierte kugelförmige Oberfläche in Kontakt mit der Tellerfeder 61, so das Schwankungen der Rauscheigenschaften aufgrund der Unterschiede dieser Art des Andrückens verringert werden.The fourth in (D) of the 10 illustrated implementation example illustrates the case that the non-conductive thermal paste 59 between the semiconductor module 4 and the heat sink 57 is distributed. In this case is in the heat sink 57 at a position that is substantially the center of the semiconductor module 4 corresponds, a circular hole 60 trained and a conductive plate spring 61 is in the hole 60 arranged. Accordingly, the through the outer surface of the heat spreader 47 of the semiconductor module 4 defined spherical surface in contact with the diaphragm spring 61 Thus, fluctuations in noise characteristics due to differences in this type of pressing are reduced.

Das fünfte in (E) der 10 dargestellte Implementierungsbeispiel illustriert den Fall, dass die nichtleitende Wärmeleitpaste 59 zwischen dem Halbleitermodul 4 und dem Kühlkörper 57 verteilt ist. In diesem Fall ist beim Kühlkörper 57 eine Vielzahl von kreisrunden Löchern 60 um eine Position, die im Wesentlichen der Mitte des Halbleitermoduls 4 entspricht, herum ausgebildet, und ein leitender Leitstab 62 und eine leitende Schraubenfeder 63, die den Leitstab 62 in Richtung des Halbleitermoduls 4 vorspannt, sind in jedem der Löcher angeordnet. Entsprechend ist die durch die äußere Oberfläche des Wärmespreizers 47 des Halbleitermoduls 4 definierte kugelförmige Oberfläche in der Lage, eine zuverlässige elektrische Verbindung mit dem Kühlkörper 57 über die Leitstäbe 62 und die Schraubenfedern 63 aufrecht zu erhalten, womit es möglich ist, Schwankungen der Rauscheigenschaften aufgrund der Unterschiede dieser Art des Andrückens zu verringern.The fifth in (E) of the 10 illustrated implementation example illustrates the case that the non-conductive thermal paste 59 between the semiconductor module 4 and the heat sink 57 is distributed. In this case, the heat sink 57 a variety of circular holes 60 around a position that is essentially the center of the semiconductor module 4 corresponds, trained around, and a senior conducting staff 62 and a conductive coil spring 63 that the lead staff 62 in the direction of the semiconductor module 4 biased, are arranged in each of the holes. Accordingly, the through the outer surface of the heat spreader 47 of the semiconductor module 4 defined spherical surface capable of a reliable electrical connection with the heat sink 57 over the guiding rods 62 and the coil springs 63 to maintain, whereby it is possible to reduce fluctuations in the noise properties due to the differences of this type of pressing.

11 illustriert Schaltpläne von Beispielen eines sekundärseitigen Schaltkreises eines DC-DC-Wandlers, der ein Halbleitermodul verwendet, wobei (A) einen Schaltkreis illustriert, der ein herkömmliches Halbleitermodul verwendet; und (B) einen Schaltkreis illustriert, der ein Halbleitermodul gemäß der sechsten Ausführungsform verwendet. 11 Fig. 12 illustrates circuit diagrams of examples of a secondary-side circuit of a DC-DC converter using a semiconductor module, wherein (A) illustrates a circuit using a conventional semiconductor module; and (B) illustrates a circuit using a semiconductor module according to the sixth embodiment.

Wie in (A) der 11 dargestellt, umfasst ein herkömmliches Halbleitermodul 200 zwei Dioden 201 und 202 und einen Wärmespreizer 203. Auch in diesem Halbleitermodul 200 umfasst ein Schaltungsblock ein isolierendes Substrat. Eine Schaltkreisstruktur ist auf einer Oberfläche des isolierenden Substrats gebildet und die Dioden 201 und 203 haben Kathoden-Anschlussklemmen, die an die Schaltkreisstruktur gelötet und somit daran befestigt sind. Der Wärmespreizer 203 ist auf der anderen Seite des isolierenden Substrats angelötet. Entsprechend ist die Schaltkreisstruktur, auf der die Dioden 201 und 202 angeordnet sind, kapazitiv mit dem Wärmespreizer 203 durch eine parasitäre Kapazität 204 über das isolierende Substrat gekoppelt. Ferner ist der Wärmespreizer 203 kapazitiv mit dem Gehäuse durch eine parasitäre Kapazität 205 gekoppelt, wenn das Halbleitermodul 200 mit einem Gehäuse beispielsweise über eine nichtleitende Wärmeleitpaste befestigt ist.As in (A) the 11 includes a conventional semiconductor module 200 two diodes 201 and 202 and a heat spreader 203 , Also in this semiconductor module 200 For example, a circuit block includes an insulating substrate. A circuit structure is formed on a surface of the insulating substrate and the diodes 201 and 203 have cathode terminals, which are soldered to the circuit structure and thus secured thereto. The heat spreader 203 is soldered on the other side of the insulating substrate. Accordingly, the circuit structure on which the diodes 201 and 202 are arranged capacitively with the heat spreader 203 by a parasitic capacity 204 coupled via the insulating substrate. Further, the heat spreader 203 Capacitive with the housing by a parasitic capacitance 205 coupled when the semiconductor module 200 is attached with a housing, for example via a non-conductive thermal compound.

Der sekundärseitige Schaltkreis des DC-DC-Wandlers umfasst einen Transformator 210, der eine AC-Spannung in eine vorgegebene Spannung transformiert, das Halbleitermodul 200, das Vollwellengleichrichtung durchführt und einen Kondensator 220, der die gleichgerichtete Spannung glättet. Der Transformator 210 umfasst zwei Sekundärwicklungen 211 und 212, die in Reihe verbunden sind, um einen Mittelabgriff zu bilden. Der Mittelabgriff ist mit dem Gehäuse verbunden. Gegenüberliegende Enden der Sekundärwicklungen 211 und 212 sind jeweils mit Anoden-Anschlussklemmen der Dioden 201 und 202 verbunden. Kathoden-Anschlussklemmen der Dioden 201 und 202 sind mit einem Ende des Kondensators 220 und einer Ausgangs-Anschlussklemme verbunden. Das andere Ende des Kondensators 220 ist mit dem Gehäuse verbunden.The secondary-side circuit of the DC-DC converter includes a transformer 210 which transforms an AC voltage into a predetermined voltage, the semiconductor module 200 , which performs full wave rectification and a capacitor 220 that smoothes the rectified voltage. The transformer 210 includes two secondary windings 211 and 212 connected in series to form a center tap. The center tap is connected to the housing. Opposite ends of the secondary windings 211 and 212 are each with anode terminals of the diodes 201 and 202 connected. Cathode terminals of the diodes 201 and 202 are with one end of the capacitor 220 and an output terminal. The other end of the capacitor 220 is connected to the housing.

In diesem sekundärseitigen Schaltkreis des DC-DC-Wandlers wird mit der in der Sekundärwicklung 211 des Transformators 210 erzeugten vorübergehenden Komponente einer Potentialänderung eine Rauschstromschleife 206 durch die parasitäre Kapazität 204 des Halbleitermoduls 200 und die parasitäre Kapazität 205 zwischen dem Wärmespreizer 203 und dem Gehäuse gebildet. Da der Verbindungspunkt mit dem Gehäuse in Abhängigkeit der Befestigungsmethode des Halbleitermoduls 200 variiert, verursacht die parasitäre Kapazität 205 individuelle Unterschiede bei den Rauscheigenschaften. Ferner fließt die vorübergehende Komponente einer Potentialänderung in der Elektrode, die den Kathoden-Anschlussklemmen der Dioden 201 und 202 entspricht, durch die parasitäre Kapazität 204 des Halbleitermoduls 200, die parasitäre Kapazität 205 zwischen dem Wärmespreizer 203 und dem Gehäuse, dem Gehäuse und dem Kondensator 220. Daher wird eine Rauschstromschleife 207 gebildet, durch die im Halbleitermodul 200 erzeugtes Rauschen über das Gehäuse und den Kondensator 200 in das Halbleitermodul 200 zurückfließt.In this secondary-side circuit of the DC-DC converter is connected to that in the secondary winding 211 of the transformer 210 generated a temporary component of a potential change a noise current loop 206 by the parasitic capacity 204 of the semiconductor module 200 and the parasitic capacity 205 between the heat spreader 203 and the housing formed. Since the connection point with the housing depending on the mounting method of the semiconductor module 200 varies, causing the parasitic capacitance 205 individual differences in the noise properties. Further, the transient component of a potential change in the electrode that flows to the cathode terminals of the diodes flows 201 and 202 corresponds, by the parasitic capacity 204 of the semiconductor module 200 , the parasitic capacity 205 between the heat spreader 203 and the housing, the housing and the capacitor 220 , Therefore, a noise current loop 207 formed by in the semiconductor module 200 generated noise across the housing and the capacitor 200 in the semiconductor module 200 flowing back.

Wie in (B) der 11 dargestellt, umfasst ein Halbleitermodul 7 gemäß der sechsten Ausführungsform zwei Dioden 71 und 72 und einen Wärmespreizer 73. Auch in diesem Halbleitermodul 7 umfasst ein Schaltungsblock ein isolierendes Substrat. Eine Schaltkreisstruktur ist auf einer Oberfläche des isolierenden Substrats gebildet und die Dioden 71 und 72 haben Kathoden-Anschlussklemmen, die an die Schaltkreisstruktur gelötet und somit daran befestigt sind. Der Wärmespreizer 73 ist auf der anderen Seite des isolierenden Substrats angelötet. Ferner ist die Schaltkreisstruktur, mit der die Kathoden-Anschlussklemmen der Dioden 71 und 72 verbunden sind, über einen Kondensator 74 elektrisch mit dem Wärmespreizer 73 verbunden. Diese elektrische Verbindung wird unter Verwendung des in den ersten bis fünften Ausführungsformen implementierten Verfahrens hergestellt. Ferner kann die elektrische Verbindung zwischen dem Wärmespreizer 73 und dem Gehäuse verlässlich hergestellt werden, indem das Halbleitermodul 7 unter Verwendung einer der in 10 dargestellten Verfahren mit dem Gehäuse verbunden wird. Entsprechend variiert der Verbindungspunkt mit dem Gehäuse in Abhängigkeit vom Verfahren des Verbindens des Halbleitermoduls 7 nicht, so dass der Rauschstrom, der durch eine Rauschstromschleife 75 fließt, keine individuellen Unterschiede in Rauscheigenschaften bewirkt.As in (B) the 11 shown comprises a semiconductor module 7 according to the sixth embodiment, two diodes 71 and 72 and a heat spreader 73 , Also in this semiconductor module 7 For example, a circuit block includes an insulating substrate. A circuit structure is formed on a surface of the insulating substrate and the diodes 71 and 72 have cathode terminals, which are soldered to the circuit structure and thus secured thereto. The heat spreader 73 is soldered on the other side of the insulating substrate. Further, the circuit structure with which the cathode terminals of the diodes 71 and 72 connected via a capacitor 74 electrically with the heat spreader 73 connected. This electrical connection is made using the method implemented in the first to fifth embodiments. Furthermore, the electrical connection between the heat spreader 73 and the housing are reliably manufactured by the semiconductor module 7 using one of the in 10 shown method is connected to the housing. Accordingly, the connection point with the housing varies depending on the method of connecting the semiconductor module 7 not, so the noise current passing through a noise current loop 75 flows, causing no individual differences in noise properties.

Der sekundärseitige Schaltkreis des DC-DC-Wandlers umfasst einen Transformator 80, der eine AC-Spannung in eine vorgegebene Spannung transformiert, das Halbleitermodul 7, das Vollwellengleichrichtung durchführt und einen Kondensator 90, der die gleichgerichtete Spannung glättet. Der Transformator 80 umfasst zwei Sekundärwicklungen 81 und 82, die in Reihe verbunden sind, um einen Mittelabgriff zu bilden. Der Mittelabgriff ist mit dem Gehäuse verbunden. Gegenüberliegende Enden der Sekundärwicklungen 81 und 82 sind jeweils mit Anoden-Anschlussklemmen der Dioden 71 und 72 verbunden. Kathoden-Anschlussklemmen der Dioden 71 und 72 sind mit einem Ende des Kondensators 90 und einer Ausgangs-Anschlussklemme verbunden. Das andere Ende des Kondensators 90 ist mit dem Gehäuse verbunden.The secondary-side circuit of the DC-DC converter includes a transformer 80 which transforms an AC voltage into a predetermined voltage, the semiconductor module 7 , which performs full wave rectification and a capacitor 90 that smoothes the rectified voltage. The transformer 80 includes two secondary windings 81 and 82 connected in series to form a center tap. The center tap is connected to the housing. Opposite ends of the secondary windings 81 and 82 are each with anode terminals of the diodes 71 and 72 connected. Cathode terminals of the diodes 71 and 72 are with one end of the capacitor 90 and an output terminal. The other end of the capacitor 90 is connected to the housing.

Beim Halbleitermodul 7 ist die Schaltkreisstruktur der Kathoden-Anschlussklemmen der Dioden 71 und 72 über einen Kondensator 74 elektrisch mit dem Wärmespreizer 73 verbunden. Daher fließt eine vorübergehende Komponente einer Potentialänderung in dieser Schaltkreisstruktur durch eine minimale Rauschstromschleife, die durch eine parasitäre Kapazität 76 zwischen der Schaltkreisstruktur und dem Wärmespreizer 73 und dem Kondensator 74 gebildet wird.In the semiconductor module 7 is the circuit structure of the cathode terminals of the diodes 71 and 72 over a capacitor 74 electrically with the heat spreader 73 connected. Therefore, a transient component of a potential change in this circuit structure flows through a minimum noise current loop caused by a parasitic capacitance 76 between the circuit structure and the heat spreader 73 and the capacitor 74 is formed.

Das Vorangegangene wird nur für die Grundlagen der vorliegenden Erfindung als veranschaulichend betrachtet. Ferner, da zahlreiche Abwandlungen und Änderungen dem Fachmann ohne Weiteres ersichtlich sind, ist es nicht gewünscht, die Erfindung auf exakt die Ausführungen und Anwendungen, die hier beschrieben wurden, zu beschränken und es können entsprechend jegliche geeignete Abwandlungen oder Entsprechungen als unter den Bereich der Erfindung gemäß der folgenden Ansprüche fallend betrachtet werden.The foregoing is considered illustrative only of the principles of the present invention. Furthermore, since numerous modifications and changes will be apparent to those skilled in the art, it is not desired to limit the invention to the precise forms and applications described herein and, accordingly, any suitable modifications or equivalents may be considered to be within the scope of the invention according to the following claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 2, 3, 4, 4a, 5, 6, 71, 2, 3, 4, 4a, 5, 6, 7
HalbleitermodulSemiconductor module
11, 13, 15, 17, 19, 2111, 13, 15, 17, 19, 21
IGBTIGBT
12, 14, 16, 18, 20, 2212, 14, 16, 18, 20, 22
FWDFWD
23, 24, 26, 27, 2823, 24, 26, 27, 28
Kondensatorcapacitor
2525
Wärmespreizerheat spreader
26a, 27a, 28a26a, 27a, 28a
SchaltkreisstrukturCircuit structure
2929
parasitäre Kapazitätparasitic capacity
3030
Motorengine
4141
isolierendes Al-Substratinsulating Al substrate
42, 42a, 42b, 42c, 42d42, 42a, 42b, 42c, 42d
SchaltkreisstrukturCircuit structure
43, 4443, 44
LeistungshalbleiterchipPower semiconductor chip
45, 4645, 46
Kondensatorcapacitor
4747
Wärmespreizerheat spreader
4848
Anschlussgehäuseconnection housing
4949
Harzresin
5050
PinPin code
5151
Öffnungopening
5252
Bonddrahtbonding wire
5353
Schraubescrew
5454
Beschichtungcoating
55, 5655, 56
Kondensatorcapacitor
5757
Kühlkörperheatsink
58, 5958, 59
WärmeleitpasteThermal Compounds
6060
Lochhole
6161
TellerfederBelleville spring
6262
Leitstabdeflecting
6363
Schraubenfedercoil spring
71, 7271, 72
Diodediode
7373
Wärmespreizerheat spreader
7474
Kondensatorcapacitor
7575
RauschstromschleifeNoise current loop
7676
parasitäre Kapazitätparasitic capacity
7777
RauschstromschleifeNoise current loop
8080
Transformatortransformer
81, 8281, 82
Sekundärwicklungsecondary winding
9090
Kondensatorcapacitor

Claims (17)

Halbleitermodul, umfassend: einen Schaltungsblock, einschließlich eine elektrisch isolierende Schicht, eine Vielzahl von Schaltkreisstrukturen, die auf einer leitfähigen Platine oder Folie auf einer Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht gebildet sind, und Leistungshalbleiter, die auf den Schaltkreisstrukturen angeordnet sind; und einen Wärmespreizer, der aus einer leitfähigen Platine auf einer weiteren Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht gebildet ist; wobei mindestens eine der Schaltkreisstrukturen über die elektrisch isolierende Schicht durch einen Kondensator elektrisch mit dem Wärmespreizer verbunden ist.Semiconductor module comprising: a circuit block including an electrically insulating layer, a plurality of circuit patterns formed on a conductive board or film on a surface of the electrically insulating layer, and power semiconductors arranged on the circuit patterns; and a heat spreader formed of a conductive board on another surface of the electrically insulating layer; wherein at least one of the circuit structures is electrically connected to the heat spreader via the electrically insulating layer through a capacitor. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei ein Ende des Kondensators mit der Schaltkreisstruktur verbunden ist, an die ein Maximalpotential im Schaltungsblock angelegt ist.The semiconductor module according to claim 1, wherein an end of the capacitor is connected to the circuit structure to which a maximum potential in the circuit block is applied. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei ein Ende des Kondensators mit der Schaltkreisstruktur verbunden ist, an die ein Minimalpotential im Schaltungsblock angelegt ist.The semiconductor module according to claim 1, wherein one end of the capacitor is connected to the circuit structure to which a minimum potential is applied in the circuit block. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei ein Ende des Kondensators mit der Schaltkreisstruktur mit einer größeren Potentialänderung im Schaltungsblock verbunden ist.The semiconductor module of claim 1, wherein one end of the capacitor is connected to the circuit structure with a larger potential change in the circuit block. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Schaltkreisstruktur, an der ein weiteres Ende des Kondensators angeordnet ist, durch einen leitfähigen Pin, der in die elektrisch isolierende Schicht eingepresst ist, elektrisch mit dem Wärmespreizer verbunden ist.The semiconductor module according to claim 1, wherein the circuit structure on which another end of the capacitor is disposed is electrically connected to the heat spreader through a conductive pin press-fitted into the electrically insulating layer. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Schaltkreisstruktur, an der ein weiteres Ende des Kondensators angeordnet ist, durch einen leitfähigen Draht, der sich durch eine in der elektrisch isolierenden Schicht gebildeten Öffnung erstreckt, elektrisch mit dem Wärmespreizer verbunden ist.The semiconductor module according to claim 1, wherein the circuit structure on which another end of the capacitor is disposed is electrically connected to the heat spreader through a conductive wire extending through an opening formed in the electrically insulating layer. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Schaltkreisstruktur, an der ein weiteres Ende des Kondensators angeordnet ist, elektrisch mit dem Wärmespreizer verbunden ist, indem sie am Wärmespreizer mit einer leitfähigen Schraube, die in der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet ist, befestigt ist.The semiconductor module according to claim 1, wherein the circuit structure on which another end of the capacitor is disposed is electrically connected to the heat spreader by being fixed to the heat spreader with a conductive screw disposed in the electrically insulating layer. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Schaltkreisstruktur, an der ein weiteres Ende des Kondensators angeordnet ist, durch ein in der elektrisch isolierenden Schicht und im Wärmespreizer gebildetes beschichtetes Durchgangsloch, elektrisch mit dem Wärmespreizer verbunden ist.The semiconductor module according to claim 1, wherein the circuit structure on which another end of the capacitor is disposed is electrically connected to the heat spreader through a plated through hole formed in the electrically insulating layer and in the heat spreader. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei sich ein durch die elektrisch isolierende Schicht elektrisch mit dem Wärmespreizer verbundener Punkt im Wesentlichen in der Mitte einer äußeren Form des Moduls oder in der Mitte in Richtung jeweils einer langen Seite oder einer kurzen Seite oder in beiden Richtungen der elektrisch isolierenden Schicht befindet.The semiconductor module according to claim 1, wherein a point electrically connected to the heat spreader through the electrically insulating layer is located substantially in the center of an outer shape of the module or in the middle toward one long side or one short side or in both directions of the electrically insulating one Layer is located. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die elektrisch isolierende Schicht, die Schaltkreisstrukturen, die Leistungshalbleiter, der Kondensator und der Wärmespreizer in einem Harzgehäuse angeordnet sind, das mit einem darin eingesetzten Leiterrahmen gegossen ist, wobei der Leiterrahmen als Anschlussklemmen dient.The semiconductor module according to claim 1, wherein the electrically insulating layer, the circuit patterns, the power semiconductors, the capacitor and the heat spreader are disposed in a resin case molded with a lead frame inserted therein, the lead frame serving as terminals. Halbleitermodul nach Anspruch 10, wobei ein Raum an einer Seite im Harzgehäuse, wo die Schaltkreisstrukturen, die Leistungshalbleiter und der Kondensator angeordnet sind, mit einem Harz versiegelt ist.The semiconductor module according to claim 10, wherein a space on one side in the resin case where the circuit patterns, the power semiconductors and the capacitor are arranged is sealed with a resin. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der Wärmespreizer innerhalb einer Betriebstemperatur eine nach außen gekrümmte Form mit einer sich wölbenden äußeren Oberfläche aufweist.The semiconductor module of claim 1, wherein the heat spreader has an outwardly curved shape with a bulging outer surface within an operating temperature. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die elektrisch isolierende Schicht eine organische isolierende Schicht ist.The semiconductor module according to claim 1, wherein the electrically insulating layer is an organic insulating layer. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die elektrisch isolierende Schicht eine anorganische isolierende Schicht ist. The semiconductor module according to claim 1, wherein the electrically insulating layer is an inorganic insulating layer. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Schaltkreisstrukturen durch Ätzen der leitfähigen Platine oder des Films an der einen Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht erzeugt sind.The semiconductor module according to claim 1, wherein the circuit patterns are formed by etching the conductive board or the film on the one surface of the electrically insulating layer. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Schaltkreisstrukturen durch Auftragen der leitfähigen Platine auf die eine Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht erzeugt sind.The semiconductor module according to claim 1, wherein the circuit patterns are formed by applying the conductive board to the one surface of the electrically insulating layer. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der Wärmespreizer aus Kupfer oder Aluminium ist.The semiconductor module according to claim 1, wherein the heat spreader is made of copper or aluminum.
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